绪论 1
一、物理学的研究对象 1
二、物理学与技术和社会的关系 3
三、物理学的研究模式 4
四、为什么和怎样学习大学物理学 5
第一章 连续体力学 8
第一节 固体的弹性 8
一、固体的结构 8
二、应变与应力 11
三、晶体的拉伸与压缩 13
四、生物材料的应力与应变关系 14
第二节 静止液体的性质 16
一、液体的结构 16
二、液体的压强 19
三、液体的表面张力 21
四、拉普拉斯公式 22
第三节 液体的流动性质 25
一、液体的定常流动 25
二、连续性原理 26
三、伯努利方程 26
第四节 液体的黏滞性质 29
一、牛顿黏滞定律 29
二、泊肃叶公式 30
第五节 物体在黏滞液体中的运动 34
一、斯托克斯公式 34
二、雷诺数和流体相似率 35
三、生物体系的雷诺数 36
阅读材料A液晶与生物膜 37
一、液晶及其分类 37
二、生物膜及其相变 40
思考题一 41
练习题一 41
参考文献 43
第二章 气体动理论 44
第一节 气体的微观图像与宏观性质 44
一、气体的微观图像 44
二、理想气体的压强 47
三、理想气体的温度 49
四、真实气体的状态方程 52
第二节 气体分子的统计规律 57
一、气体分子速率的分布规律 57
二、能量均分定理 64
第三节 气体分子的输运规律 67
一、气体的黏滞现象 67
二、气体的热传导现象 68
三、气体分子的扩散 69
阅读材料B农业和生物学中的热传导 71
阅读材料C气体在植物叶组织的扩散 72
思考题二 75
练习题二 76
参考文献 77
第三章 热力学 78
第一节 热力学第一定律 78
一、热力学第一定律 78
二、理想气体的热功转换 82
三、大气绝热模型与干热风的形成 88
四、焓 91
第二节 热力学第二定律 92
一、循环过程 卡诺循环 92
二、热力学第二定律 96
第三节 熵 100
一、卡诺定理 100
二、克劳修斯不等式熵 100
三、熵的微观本质 102
四、熵的计算 103
五、熵与生命 106
六、信息熵 107
阅读材料D吉布斯自由能及其在农业和生物学中的意义 110
一、吉布斯自由能的物理概念 110
二、化学势 111
三、水势 112
四、土壤—植物—大气连续体系中的水分运动 114
五、吉布斯自由能的生物学意义 115
思考题三 116
练习题三 118
参考文献 119
第四章 静电场 121
第一节 电场强度 121
一、库仑定律 121
二、电场强度 122
三、高斯定理 125
第二节 电势 129
一、电势能 129
二、电势 131
三、电场强度与电势的关系 132
第三节 静电场对导体和电介质的作用 133
一、静电场对导体的作用 尖端放电 133
二、导体对电介质的作用 细胞电融合 136
三、介质中的高斯定理 139
四、电容器 140
第四节 电场的能量 142
阅读材料E大气电场及其对农业和生物的影响 144
一、大气电场 144
二、大气电场的电容器模型 145
三、大气电场对生物和农业的影响 146
思考题四 147
练习题四 147
参考文献 150
第五章 恒定电流 151
第一节 电流密度与电阻 151
一、电流密度 151
二、欧姆定律的微分形式 152
三、电阻 153
第二节 电动势 156
一、电动势的物理概念 156
二、化学电池 159
三、接触电动势 160
四、温差电动势 160
五、能斯特电动势 162
第三节 含源电路的欧姆定律和基尔霍夫定律 163
一、含源电路的欧姆定律 163
二、基尔霍夫定律 165
三、基尔霍夫定律的应用 167
阅读材料F超导及其应用 169
一、超导现象 169
二、超导现象的理论解释 171
三、高温超导 172
四、超导的应用 172
思考题五 173
练习题五 173
参考文献 176
第六章 稳恒磁场 177
第一节 磁场 177
一、磁现象 177
二、磁感应强度 177
三、毕奥—萨伐尔定律 179
四、运动电荷的磁场 182
第二节 磁高斯定理与安培环路定理 183
一、磁高斯定理 183
二、安培环路定理 185
第三节 磁场对电流和电荷的作用 188
一、安培力 188
二、洛仑兹力 190
第四节 磁介质 196
一、顺磁质和抗磁质 磁场强度 196
二、铁磁质 199
阅读材料G环境磁场及其对生物的影响 202
一、环境磁场 202
二、环境磁场对生物的影响 204
思考题六 205
练习题六 206
参考文献 207
第七章 电磁感应 208
第一节 法拉第电磁感应定律 208
一、电磁感应现象 208
二、法拉第电磁感应定律 209
三、楞次定律 210
第二节 动生电动势和感生电动势 210
一、动生电动势 211
二、感生电动势 感生电场 211
第三节 电感 磁场的能量 213
一、自感 213
二、互感 214
三、磁场的能量 216
第四节 电磁场和电磁波 217
一、麦克斯韦方程组 217
二、电磁波 220
阅读材料H电磁场对生物体系的非热效应 224
一、极低频电磁场的非热效应 224
二、射频电磁场的非热效应 225
思考题七 226
练习题七 227
参考文献 228
第八章 振动与波动 230
第一节 简谐振动 230
一、简谐振动 230
二、阻尼振动 235
三、受迫振动 共振 236
第二节 简谐振动的合成与分解 238
一、一维同频率的简谐振动的合成 238
二、二维同频率的简谐振动的合成 239
三、二维不同频率的简谐振动的合成 241
四、振动的分解 241
第三节 波动 242
一、简谐波 242
二、波的能流密度 声强 245
三、多普勒效应 249
阅读材料Ⅰ混沌 250
一、混沌现象对牛顿力学的挑战 250
二、非线性——产生混沌的根源 252
三、混沌与生命 257
思考题八 257
练习题八 258
参考文献 259
第九章 波动光学 260
第一节 分波前法干涉 260
一、光干涉的一般理论 260
二、杨氏干涉 263
三、洛埃镜干涉 266
第二节 分振幅法干涉 267
一、劈尖干涉 267
二、牛顿环 268
三、薄膜干涉的应用 270
第三节 光的衍射 274
一、光的衍射概述 274
二、夫琅禾费单缝衍射 276
三、光栅 278
四、X射线衍射 280
五、夫琅禾费圆孔衍射 282
第四节 光的偏振 285
一、偏振片与马吕斯定律 285
二、晶体的双折射现象 288
三、介质界面上反射光和折射光的偏振 290
四、旋光现象 291
五、生物的旋光性 293
阅读材料J激光及其在生命和农林科技中的应用 294
一、激光的产生及其特征 294
二、激光在生命和农林科技中的应用 297
思考题九 298
练习题九 299
参考文献 300
第十章 量子物理基础 301
第一节 光的量子性 301
一、黑体辐射 301
二、普朗克能量子假说 305
三、爱因斯坦光子理论 306
第二节 粒子的波动性 307
一、物质波 307
二、不确定关系 310
三、概率波 313
第三节 薛定谔方程及其应用 315
一、波函数与薛定谔方程 315
二、薛定谔方程的应用 316
阅读材料K大气对光的吸收及其生态学意义 325
一、原子与分子对光的吸收 325
二、大气臭氧对光的吸收及其生态意义 327
三、大气中二氧化碳和水对光的吸收及其生态意义 328
思考题十 330
练习题十 331
参考文献 332
练习题参考答案 333
索引 339